材料的力学性质

前面我们讲了材料的物理性质，下面我们要给大家介绍材料的另外一种性质——力学性质一、材料的强度1、材料强度的定义材料在外力（荷载）作用下抵抗破坏的能力称为强度。2、静力强度材料抵抗由静荷载产生应力破坏的能力，称为材料的静力强度。它是以材料在静荷载作用下达到破坏时的极限应力值来表示的素质上等于材料受力破坏时单位受力面积上所承受的力，可用下式表示：式中f——材料的强度（MPa）；F——破坏荷载（N）；A——受力面积（mm2）。AFf2mm3、静力强度分类抗压强度材料抵抗压力破坏能力抗拉强度材料抵抗拉力破坏能力抗弯强度材料抵抗弯曲破坏能力抗剪强度材料抵抗剪力破坏能力3、静力强度分类及试验设备（一）分类抗压强度材料抵抗压力破坏能力抗拉强度材料抵抗拉力破坏能力抗弯强度材料抵抗弯曲破坏能力抗剪强度材料抵抗剪力破坏能力（二）试验设备表1-3列出了材料基本强度的分类表和计算公式。4、研究材料强度等级的意义针对不同种类的材料具有抵抗不同形式力的作用特点，将材料按其相应极限强度的大小，划分为若干不同的强度等级。对于水泥、石材、砖、混凝土、砂浆等在建筑物中主要用于承压部位的材料以其抗压强度来划分强度等级。而建筑钢材在建筑物中主要用于承受拉力荷载，所以以其屈服强度作为划分强度等级的依据。5、与材料强度有关的因素a.材料强度的大小理论上取决于材料内部质点结合力的强弱，实际上与材料中结构缺陷有直接关系。b.组成相同的材料其强度决定于其孔隙率的大小。如图1-6为混凝土强度与孔隙率关系曲线，曲线表明，当孔隙率从12.4%增至15.2%时，抗压强度由37.5MPa降至26MPa。其它材料也存在类似的关系。c.不仅如此，材料的强度还与测试强度时的测试条件和方法等外部因素有很大关系。为使测试结果准确、可靠、具有可比性，对于以强度为主要性质的材料，必须严格按照标准试验方法进行静力强度的测试。二、材料的变形（一）材料的变形材料在外力作用下，由于质点间平衡位置改变，质点产生相对位移，而形状与体积发生变化，称谓材料的变形。实例：1、钢轨2、大桥3、弹簧4、铁丝5、钢筋（二）弹性与塑性材料在极限应力作用下，会被破坏而失去使用功能，在非极限应力作用下则会发生某些变形。1、弹性：弹性是指材料在应力作用下产生变形，外力取消后，材料变形即可消失并能完全恢复原来形状的性质。这种当外力取消后瞬间即可完全消失的变形，称为弹性变形。明显具有弹性变形特征的材料称为弹性材料。2、塑性：塑性是指材料在应力作用下产生变形，当外力取消后，任保持变形后的形状尺寸，且不产生裂纹的性质。这种不随外力撤销而消失的变形，为塑性变形，或永久变形，明显具有塑性变形特征的材料称为塑性材料。3、弹塑性材料实际上，纯弹性与纯塑性的材料都是不存在的。不同的材料在力的作用下，表现出不同的变形特征。例如：a.低碳钢在受力不大时，仅产生弹性变形，此时，应力与应变的比值为一常数。随着外力增大至超过弹性极限后，则出现另一种变形——塑性变形。典型的弹塑性材料b.混凝土，在他受力一开始，弹性变形和塑性变形就同时发生，除去外力后，弹性变形可以恢复（消失），而塑性变形不能消失，这种变形称为弹塑性变形，其应力应变如图1-7所示，具有这种变形特征的材料叫做弹塑性材料。典型的弹塑性材料（三）脆性和韧性1、脆性：（1）脆性是指材料在外力作用下直到破坏前无明显塑性变形而发生突然破坏的性质。具有这种破坏性质的材料称为脆性材料。荷载变形o（2）脆性材料的特点a.抗压强度远大于抗拉强度b.受力作用时塑性变小，而且破坏时无任何征兆，有突发性c.主要适合于承受压力静荷载。建筑材料中大部分无机非金属材料均为脆性材料，如天然岩石、陶瓷、玻璃、砖、生铁、普通混凝土等。2、韧性（1）韧性的定义韧性是指材料在冲击或振动荷载作用下，能吸收较大能量，产生一定的变形，而不至破坏的性能，又叫冲击韧度。具有这种性质的材料叫韧性材料。荷载变形o（2）韧性材料的特点a.塑性变形大b.受力时产生的抗拉强度接近或高于抗压强度c.破坏前有明显征兆d.主要适用于承受拉力或动荷载。木材、建筑钢材、沥青混凝土等属于韧性材料。用作路面、桥梁、吊车梁等需要承受冲击荷载和有抗震要求的结构用建筑材料均应具有较高的韧性。(三)徐变1、定义：固体材料在恒定外力长期作用下，变形随时间延长而逐渐增大的现象，称为徐变。2、徐变的机理：对于非晶体材料来说，徐变是由于材料在外力作用下，内部产生类似液体的粘性流动而造成的。对于晶体材料来说，则由于在切应力作用下，材料内部晶格错动和滑移而发生徐变。三、材料的冲击韧性、硬度、磨损及磨耗(一)冲击韧性1、材料在冲击、振动荷载作用下抵抗破坏的性能，称为冲击韧性。2、表示方法：冲击韧性以材料冲击破坏时消耗的能量表示。3、要求有较高的冲击韧性的材料：用于桥梁、路面、吊车梁、桩等受冲击、振动荷载作用的建筑物及有抗震要求的建筑物的材料。(二)硬度材料抵抗其他较硬物体压入的能力，称为硬度。硬度大的材料耐磨性较好，但不易加工。硬度较大的材料，强度也较高，有些材料硬度与强度之间有较好的相互关系。测定硬度的方法简单，而且不破坏被测材料，所以有些材料可以通过测定硬度来推算其强度。如在测定混凝土结构强度时，可用回弹硬度来推算其强度的近似值。(三)磨损及磨耗1、磨损：材料受摩擦作用而减少质量和体积的现象称为磨损。2、磨耗：材料同时受摩擦和冲击作用而减少质量和体积的现象称为磨耗。3、地面、路面等经常受摩擦的部位要求材料有较好的抗磨性能。4、硬度大、强度高、韧性好、构造均匀致密的材料，抗磨性较好。